如果你塞住耳朵，周围的声音会变得沉闷——而你自己的声音会变得令人恼火地放大。“这就像头在桶里说话。你自己的声音听起来轰鸣作响，”蒙特利尔高等技术学院的声学和振动专家工程师凯文·卡里略说。
这种“堵塞效应”会使耳塞和助听器等设备佩戴不适，有时会劝退人们使用它们。现在，卡里略和他的同事们创造了一种3D打印耳塞，可以抑制这些恼人的内部噪音，他们在本月早些时候在美国声学学会的会议上报告了。
当耳塞、耳塞或助听器阻塞或“堵塞”外耳道时，它们会在自身与鼓膜之间形成封闭腔。在这些腔内，我们通常通过说话、咀嚼和呼吸产生的低频声波（通过身体组织和骨骼传播）会共振并被放大，然后才到达我们的鼓膜。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
以前解决这个问题的方案往往效率低下、不舒适或成本高昂。研究人员曾尝试开发通风耳塞（允许一些空气通过）、定制耳塞（更深入地插入耳道）以及依靠有源电子元件来消除低频声音的设备。但卡里略和他的同事们希望找到一种更简单、成本更低的方法。该团队3D打印了微小的互连腔体，腔体内填充了吸能泡沫，并将它们连接到标准的耳塞式插入件上。耳道中的低频声波进入这些腔体并来回反射。通过调整腔体的大小和形状，研究人员能够创建一个共振结构，该结构可以捕获和抑制此类声波，而不是放大它们。
这种超材料设备——开发人员称之为“超材料耳塞”——像普通耳塞一样位于外耳中。研究人员之前在人造耳朵中测试了新设计，“但那些需要它们的人呢？”卡里略说。因此，在他的团队的新研究中，34名人类参与者将几个版本的超材料耳塞与商用泡沫耳塞进行了比较。每个耳塞都配备了一个探管，使研究人员能够监测耳道内的声音水平。
参与者首先在受控的实验室环境中试用了两种类型的耳塞。他们通过阅读特定的文本和发出自己选择的声音来测试堵塞效应。然后，他们评估了低音放大的程度、他们自己的声音听起来有多自然以及他们感到与外界噪音隔离的程度。最后，他们根据自己说话时更喜欢佩戴的耳塞型号进行了排名。
总共有 85% 的参与者更喜欢超材料耳塞。大多数人报告说，他们佩戴新设备时，低频身体噪音听起来不那么放大，并且他们自己的声音听起来更自然。内耳和耳道外侧的声音水平测量证实，这些可能令人不快的噪音正在被抑制。
德国吕贝克助听器研究所的研究员弗洛里安·登克表示，这项技术新颖且前景广阔。他说，微结构材料使耳塞“对于耳道内部产生的声音，其表现更像开放的耳朵，与耳朵被堵塞时相比，使自己的声音听起来自然得多”。
在超材料耳塞上市之前，研究人员需要优化其设计，以确保其舒适地适合所有耳朵。此外，纽约城市大学研究生中心的听力学副教授多萝西·尼夫-迪托罗表示，这项技术可以用于改进助听器，助听器也可能引起堵塞效应。她说，大多数参与者都喜欢的被动式设计“看起来非常有希望”。